(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、低湿度条件下でもプロトン導電性を発現可能な燃料電池用電極を提供すること。また、この燃料電池用電極を用いて従来よりも高温で作動可能な燃料電池を提供すること。【解決手段】プロトン導電性ガラスと、触媒とを少なくとも含む燃料電池用電極とする。プロトン導電性ガラスは、リンの酸化物を主成分とするガラス構成成分より形成されていることが好ましい。また、電解質としてプロトン導電性ガラスを用い、このガラスの両面に、上記燃料電池用電極を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン導電性ガラスと、触媒とを少なくとも含むことを特徴とする燃料電池用電極。
【請求項２】
前記プロトン導電性ガラスは、リンの酸化物を主成分とするガラス構成成分より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電極。
【請求項３】
前記プロトン導電性ガラスは、前記ガラス構成成分として、さらに、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）から選択される元素の酸化物を１種または２種以上少なくとも含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用電極。
【請求項４】
前記プロトン導電性ガラスは、液相温度以下縮重合法により形成されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池用電極。
【請求項５】
前記触媒は、金、銀および白金族から選択される金属を１種または２種以上少なくとも含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の燃料電池用電極。
【請求項６】
前記触媒は、担体に担持されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の燃料電池用電極。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の燃料電池用電極を用いたことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電極およびこれを用いた燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する関心が高まる中、高効率発電が可能な燃料電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池の基本単位は単セルと呼ばれ、その構成は、（−）燃料ガス，燃料極│電解質│空気極，酸化剤ガス（＋）である。燃料電池では、燃料極に燃料ガス（水素など）を供給し、空気極に酸化剤ガス（空気、酸素など）を供給すると、一方の電極で発生したイオンが電解質を介して他方の電極に移動する。
【０００４】
移動するイオン種として、プロトン（Ｈ＋）を利用する燃料電池としては、固体高分子型燃料電池（以下、「ＰＥＦＣ」という。）が広く知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、電解質材料として、ナフィオン（登録商標、デュポン社製、以下省略する。）などのパーフルオロ系固体高分子電解質を、電極材料として、白金担持カーボン（白金を３０ｗｔ％担持）とナフィオン溶液とを混合してペースト状にしたものを用いたＰＥＦＣが開示されている。
【０００６】
ところで、ナフィオンなどの固体高分子電解質は、高分子であるため、一般に耐熱性が低い。また、固体高分子電解質では、電解質内部に形成されたクラスタ中の水分を介してプロトンが移動するため、電解質中の水分が蒸発する１００℃以上の条件下や、低湿度条件下では、プロトン導電率が著しく低下する。そのため、ＰＥＦＣの作動温度は、約８０℃程度と低くとどまっているのが現状である。
【０００７】
また、ＰＥＦＣは、作動温度が低いことから、（１）電極触媒を比較的多く必要とする、（２）電極触媒がＣＯ被毒されやすい、（３）排熱温度が低いので熱回収が難しく、コジェネレーションシステムへの適用が困難である、などといった問題点もある。
【０００８】
そこで、最近では、電解質にプロトン導電性ガラスを用いた燃料電池が提案されており、ＰＥＦＣよりも高い温度で作動可能な燃料電池として期待されている。
【０００９】
例えば、非特許文献１には、電解質材料としてリン酸塩ガラスを、電極材料として、白金担持カーボンとナフィオン溶液とを混合してペースト状にしたものを用いた燃料電池が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１００３７４号公報
【非特許文献１】鷲見裕史、水谷安伸、高橋  誠、林  光彦、岩元孝史、桜井  誠、渡邉  誠、阿部良弘，「プロトン伝導性リン酸塩ガラスを電解質に用いた燃料電池の発電特性」，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第７２巻，第９号，２００４年，ｐ．６９５−６９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のこの種の燃料電池は、以下の問題点があった。すなわち、電解質にプロトン導電性ガラスを用いた燃料電池では、約３００℃レベルでの運転が期待されている。
【００１２】
ところが、非特許文献１に記載される燃料電池では、電極材料として、白金担持カーボンとナフィオン溶液とを混合してペースト状にしたものを用いており、固体高分子電解質を含んでいる。
【００１３】
そのため、耐熱性に劣る、プロトン導電性を確保するのに加湿を要するなどの電極材料上の制約から、燃料電池の作動温度が１００℃レベルにとどまっていた。
【００１４】
したがって、ＰＥＦＣと比較して高い作動温度で運転可能であるなど、この種の燃料電池の特徴を十分に発揮できないといった問題があった。
【００１５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、耐熱性に優れ、低湿度条件下でもプロトン導電性を発現可能な燃料電池用電極を提供することにある。また、この燃料電池用電極を用いることにより、従来よりも高温で作動可能な燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池用電極は、プロトン導電性ガラスと、触媒とを少なくとも含むことを要旨とする。
【００１７】
ここで、上記プロトン導電性ガラスは、リンの酸化物を主成分とするガラス構成成分より形成されていることが好ましい。
【００１８】
また、上記プロトン導電性ガラスは、上記ガラス構成成分として、さらに、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）から選択される元素の酸化物を１種または２種以上少なくとも含むことが好ましい。
【００１９】
また、上記プロトン導電性ガラスは、液相温度以下縮重合法により形成されたものであることが好ましい。
【００２０】
また、上記触媒は、金、銀および白金族から選択される金属を１種または２種以上少なくとも含むことが好ましい。
【００２１】
また、上記触媒は、担体に担持されていることが好ましい。
【００２２】
一方、本発明に係る燃料電池は、上記燃料電池用電極を用いたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る燃料電池用電極は、ナフィオンなどの高分子よりも耐熱温度が高いプロトン導電性ガラスを電極中に含んでいるので、耐熱性に優れる。また、プロトン導電性ガラスは、ナフィオンなどのように高湿度に加湿しなくても、プロトン導電性を有する。
【００２４】
そのため、本発明に係る燃料電池用電極によれば、ＰＥＦＣの作動温度よりも高い温度（例えば、３００℃付近）、低湿度条件下であってもプロトン導電性を発現できる。
【００２５】
また、親水性の高いプロトン導電性ガラスと触媒とを含んでいるので、触媒の利用率が向上する。また、上記高温で使用可能なことから、触媒活性も高くなる。
【００２６】
そのため、従来の電極に比較して触媒量を削減でき、その分低コスト化を図ることができる。
【００２７】
この際、上記プロトン導電性ガラスが、リンの酸化物を主成分とするガラス構成成分より形成されている場合には、プロトン導電性に優れる。
【００２８】
また、上記ガラス構成成分として、さらに、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）から選択される元素の酸化物を１種または２種以上少なくとも含んでいる場合には、より一層プロトン導電性に優れる。
【００２９】
また、上記プロトン導電性ガラスが、液相温度以下縮重合法により形成されている場合には、ガラス内に多量の分子状の水ないし水素イオンが導入されている。そのため、より低湿度条件下であっても、高いプロトン導電性を発現できる。
【００３０】
また、上記触媒が、金、銀および白金族から選択される金属を１種または２種以上少なくとも含む場合には、電極の触媒活性に優れる。
【００３１】
また、上記触媒が担体に担持されている場合には、電極中において、触媒が均一に分散され、活性点が増加する。
【００３２】
一方、本発明に係る燃料電池によれば、耐熱性に優れ、低湿度条件下でもプロトン導電性を発現可能な上記燃料電池用電極を用いているので、ＰＥＦＣよりも高い温度で作動可能である。また、作動温度を高温化することができるので、燃料電池の電解質の導電率も向上し、発電性能も向上する。また、排熱利用の選択肢も広がる。
【００３３】
また、低湿度条件下であっても発電することができるので、加湿機器が不要となり、加湿する場合に比べて電池運転条件を簡単にできる。
【００３４】
また、触媒量を低減可能な燃料極用電極を用いているので、従来よりもコストパフォーマンスに優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本実施形態に係る燃料電池用電極（以下、「本電極」ということがある。）およびこの電極を用いた燃料電池（以下、「本燃料電池」ということがある。）について詳細に説明する。
【００３６】
１．本電極
本電極は、プロトン導電性ガラスと、触媒とを少なくとも含んでいる。
【００３７】
１．１  プロトン導電性ガラス
本電極では、プロトン導電性を有するガラスであれば、何れのものでも用いることができる。また、１種または２種以上のプロトン導電性ガラスを含んでいても良い。
【００３８】
本電極に用いることができるプロトン導電性ガラスとしては、例えば、リン（Ｐ）の酸化物を主成分とするガラス構成成分より形成されたガラスを用いることができる。以下、このガラスについて詳細に説明する。
【００３９】
ここで、このガラスにおけるリン（Ｐ）の酸化物としては、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）、四酸化二リン（Ｐ２Ｏ４）、三酸化二リン（Ｐ２Ｏ２）などが挙げられ、これらは１種または２種以上含まれていても良い。
【００４０】
また、ガラス中のリン（Ｐ）の酸化物の含有量としては、Ｐ２Ｏ５に換算して、５〜８０モル％を例示できる。Ｐ２Ｏ５の上限値としては、８０モル％、７８モル％、７６モル％、７４モル％など、これに対応させることが可能なＰ２Ｏ５の下限値としては、５モル％、１０モル％、１５モル％、１７モル％などを例示できる。
【００４１】
また、このガラスは、リン（Ｐ）の酸化物以外にも、他のガラス構成成分を含んでいても良い。他のガラス構成成分としては、具体的には、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ホウ素（Ｂ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）などの元素の酸化物などが挙げられ、これらは１種または２種以上含まれていても良い。
【００４２】
とりわけ、他のガラス構成成分として、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）から選択される元素の酸化物を１種または２種以上少なくとも含んでいる場合には、プロトン導電性をより向上させることができるので、特に好適である。
【００４３】
したがって、本電極の一部を構成するプロトン導電性ガラスとしては、例えば、ＳｒＯ−ＢａＯ−ＰｂＯ−Ｐ２Ｏ５系、ＳｒＯ−ＺｎＯ−ＰｂＯ−Ｐ２Ｏ５系などのガラスを例示することができる。
【００４４】
次に、この種のガラスの製造方法としては、例えば、通常のガラスの製造方法である溶融−急冷法、ゾル−ゲル法、液相温度以下縮重合法などが挙げられる。
【００４５】
このうち、好ましくは、液相温度以下縮重合法を用いると良い。溶融−急冷法は、ガラス構成原料を、その液相温度よりも高い温度で溶融するため、原料中の水分または水素イオンの大半が蒸発して失われる。そのため、分子状の水および水素イオンがガラス中に極めて少なくなり、高プロトン導電性を有するガラスが得られ難い。
【００４６】
一方、ゾルーゲル法は、ガラス製造に極めて長時間を要するうえ、製造途中にガラスに亀裂が入りやすい。そのため、例えば、大面積の平板状のガラスを必要とする場合などには不向きである。また、コストも高い。
【００４７】
これらに対して、液相温度以下縮重合法は、ガラス中に数種類の金属イオンを含ませることにより、ガラス内に多量の分子状の水ないし水素イオンを導入することができるので、高プロトン導電性を有するガラスが得られやすい利点がある。
【００４８】
この手法は、液状リン酸（液状リン酸塩を含む。）と金属塩とを少なくとも含む混合物を、液相温度以下の低い温度で加熱して融液とし、この融液を所定温度（例えば室温など）に冷却する方法である。なお、液相温度とは、リンの酸化物と金属塩とで構成される多元系を加熱したときに平衡状態として溶融液化するときの温度である。
【００４９】
ここで、液状リン酸は、リン成分の原料となるもので、具体的には、液状正リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、液状ポリリン酸（ＨＰＯ３）などが挙げられる。これらは１種または２種以上混合して用いても良い。
【００５０】
また、金属塩としては、上記ガラス構成成分となり得る金属の炭酸塩、水酸化物、塩化物などが好適なものとして挙げられる。これらは１種または２種以上混合されていても良い。この際、上記混合物には、上記ガラス構成成分となり得る元素の酸化物などが１種または２種以上混合されていても良い。
【００５１】
上記炭酸塩、水酸化物、塩化物、酸化物などは、水、酸・アルカリなどに溶解させて溶液としても良く、この場合には、この溶液と液状リン酸とを混合すれば良い。
【００５２】
この液相温度以下縮重合法では、液状リン酸と金属塩とを含む混合物を攪拌しながら温度を上げていくと、混合物は液相温度以下で融解して透明または半透明の高粘度融液となる。これは、液状リン酸は、温度が上昇すると金属を溶かし込む傾向が強くなるからである。
【００５３】
すなわち、上記混合物を加熱して温度を上昇させると、リン酸は脱水縮合して熱リン酸となり、この熱リン酸の分解作用によって金属はその融点よりもはるかに低い温度でリン酸中に反応して均一に溶け込み、高粘度の融液となる。
【００５４】
この際、混合物を加熱保持するときの調製温度は、ガラスの組成などによっても相違するが、一般的には、上限値として９００℃以下、８５０℃以下、８００℃以下など、７５０℃以下、これらと組み合わせることが可能な下限値として２５０℃以上、３００℃以上、３５０℃以上、４００℃以上などを例示することができる。また、一般に、調製温度が低いと、ガラスに含まれる分子状の水ないし水素イオンが増加する傾向が見られ、調製温度が高いと、それらが減少する傾向が見られる。
【００５５】
そして、得られた高粘度の融液を冷却固化させることにより、多量の分子状の水ないし水素イオンが残存したガラスが得られる。なお、分子状の水ないし水素イオンは、赤外線吸収測定装置により確認できるが、分子状の水と水素イオンとを区別して測定するのは難しい。
【００５６】
また、ガラス合成後、必要に応じて、ガラス転移温度Ｔｇをわずかに超える温度範囲に予め加熱された炉などに、合成したガラスを入れ、例えば、室温近くまで自然放置するなどして、徐歪処理を行っても良い。
【００５７】
１．２  触媒
本電極に用いることができる触媒としては、例えば、金、銀および白金族（ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ））などの貴金属、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉛（Ｐｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）などが挙げられ、これらは１種または２種以上含まれていても良い。
【００５８】
とりわけ、触媒として、金、銀および白金族から選択される金属を１種または２種以上少なくとも含んでいる場合には、電極の触媒活性に優れるので、特に好適である。
【００５９】
また、触媒の形態としては、微粒子などを好適に用いることができる。また、本電極中において、上記触媒は、担体に担持されていることが好ましい。ガラス中に均一に分散され、活性点が増加するからである。
【００６０】
この場合、担体としては、導電性、絶縁性の何れのものであっても用いることができるが、好ましくは、導電性担体を好適に用いる。具体的には、カーボン、酸化鉄、ゼオライト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられ、これらは１種または２種以上含まれていても良い。
【００６１】
また、本電極において、含まれる触媒量は、電極活性、コストなどを考慮して種々調節することができる。一般的に、触媒量が多くなりすぎると、コスト面で不利となり、触媒量が少なすぎると、電極活性が低下する傾向が見られる。
【００６２】
本電極中の触媒量としては、上限値として５ｍｇ／ｃｍ２、３ｍｇ／ｃｍ２、１ｍｇ／ｃｍ２など、これらと組み合わせることが可能な下限値として０．１ｍｇ／ｃｍ２、０．３ｍｇ／ｃｍ２、０．５ｍｇ／ｃｍ２などを例示することができる。なお、これら値は、電極単位面積当たりの触媒量を示している。
【００６３】
１．３  プロトン導電性ガラスと触媒の重量比
プロトン導電性ガラスと触媒の重量比は、電極のプロトン導電性、電極活性を考慮して種々調節することができる。具体的には、プロトン導電性ガラス：触媒＝３：１〜１：４などの範囲を例示することができる。
【００６４】
２．本電極の製造方法
上述した構成を有する本電極は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００６５】
液相温度以下縮重合法などにより得たプロトン導電性ガラスを粉砕し、必要に応じて分級などをしたものと、市販の貴金属触媒や貴金属触媒担持担体などとを所定の重量比となるように秤量する。
【００６６】
この場合、粉砕したプロトン導電性ガラスの形態としては、粉状、繊維状、板状など種々の形態が挙げられる。これら形態は、１種または２種以上含まれていても良い。これら形態のうち、次工程において均一に混合されやすいなどの観点から、粉状形態が好適である。
【００６７】
次いで、所定量のプロトン導電性ガラスと触媒とを混合して電極材料を調製する。この場合、混合方法としては、乾式法、水、アルコールなどの適当な溶媒を加えた湿式法の何れの混合方法を用いても良い。好ましくは、両者を均一に混合しやすいなどの観点から、湿式法を用いると良い。
【００６８】
また、混合時には、プロトン導電性ガラス中に均一に触媒を分散させるなどの観点から、超音波などの分散手段を使用しても良い。
【００６９】
例えば、湿式法を用いる場合、粉砕したプロトン導電性ガラスに、水などの適当な溶媒を加えて混合し、これに触媒を加えた後、超音波などの分散手段により、プロトン導電性ガラス中に触媒を分散させ、スラリー状の電極材料を調製する方法などを例示できる。
【００７０】
なお、電極材料の調製時に、バインダーなどを必要に応じて加えても良いが、基本的に溶媒として水を用いた場合には、水が増粘剤、界面の増加の二重の役割を果たすので、バインダーを特に加える必要はない。
【００７１】
次いで、上記のようにして製造した電極材料を、燃料電池の電解質上に塗工し、溶媒を含んでいる場合には、溶媒を乾燥により除去するなどすれば、本電極が得られる。
【００７２】
なお、電解質上に電極材料を塗工する塗工方法としては、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、刷毛塗り法、スプレー法、スピンコート法などの種々の方法を用いることができる。
【００７３】
３．本燃料電池
本燃料電池は、上記本電極を、プロトン導電性を有する電解質の一方の面、他方の面に形成した燃料電池である。本燃料電池において、本電極は、燃料極側、空気極側の何れの電極側に用いても良く、特に限定されるものではない。
【００７４】
また、本電極を何れの電極側に使用するかなどにより、本電極中におけるプロトン導電性ガラスと触媒との割合などを適宜調節しても良い。
【００７５】
また、燃料電池の構成は、平板状、管状など、何れの形式であっても良い。また、電解質の厚さとしては、０．１〜２ｍｍの範囲などを例示できる。また、電極の厚さとしては、０．１〜３０μｍの範囲などを例示できる。
【００７６】
ここで、本燃料電池に用いる電解質としては、具体的には、上述したリン（Ｐ）の酸化物を主成分とするガラス構成成分より形成されたプロトン導電性ガラスなどが挙げられる。
【００７７】
また、他にも、上記プロトン導電性ガラスに、タングステン（Ｗ）の酸化物、モリブデン（Ｍｏ）の酸化物、インジウム（Ｉｎ）の酸化物などの酸化物を１種または２種以上複合した複合ガラスを用いても良い。この複合ガラスを用いた場合には、電解質の水分に対する耐久性を向上させることができる。そのため、電極と比較して多くのガラスを必要とする電解質として特に好適である。
【００７８】
この種の酸化物を複合させる場合、その含有量としては、ガラス１００重量％のうち、上記酸化物を０．００５〜１５重量％含有させると良い。
【００７９】
なお、この複合ガラスの製造方法としては、例えば、上述した液相温度以下縮重合法において、液状リン酸と金属塩とを含む混合物に対し、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、インジウム（Ｉｎ）などの酸化物、炭酸塩、水酸化物、塩化物などを１種または２種以上、酸化物に換算して所定量混合すれば良い。
【００８０】
また、本燃料電池の製造方法としては、例えば、上記プロトン導電性ガラス、複合ガラスなどを平板状などの所定形状に形成した電解質の両面に、上述したスラリー状などの電極材料をスクリーン印刷などにより塗工し、乾燥するなどの方法を例示できる。
【００８１】
そして、このようにして得られた燃料電池に、燃料ガス導入手段および酸化剤ガス導入手段を取り付ければ、燃料電池として運転できる。
【実施例】
【００８２】
以下、実施例を用いて本発明に係る燃料電池用電極、本発明に係る燃料電池についてより具体的に説明する。
【００８３】
１．実施例および比較例に係る燃料電池用電極、燃料電池の作製
（実施例）
初めに、燃料電池の電解質を作製した。すなわち、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＰｂＯ、Ｈ３ＰＯ４、ＷＯ３を仕込み組成で、９０重量％（５ｍｏｌ％ＳｒＯ、１５ｍｏｌ％ＢａＯ、１０ｍｏｌ％ＰｂＯ、７０ｍｏｌ％Ｐ２Ｏ５）＋１０重量％ＷＯ３となるように秤量し、室温、大気中にて撹拌混合した。
【００８４】
次いで、この試料を電気炉にて１０Ｋ／ｍｉｎで９７３Ｋまで昇温し、１０分間保持した。その後、電気炉から試料を取り出し、２００℃、大気中のφ１５ｍｍの容器中に流し込んだ。
【００８５】
次いで、この試料を４９３Ｋに設定した電気炉内に入れ、炉冷することによってガラスの徐歪を行った。
【００８６】
次いで、得られた試料をカッターで切断し、ディスク形状に成形した。なお、ディスクの厚さは、０．８０ｍｍとした。
【００８７】
次に、電極材料を作製した。すなわち、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＰｂＯ、Ｈ３ＰＯ４を仕込み組成で、モル比が、１２．１ＳｒＣＯ３、１２．１ＢａＣＯ３、１２．１ＰｂＯ、６３．７Ｐ２Ｏ５となるように秤量し、室温、大気中にて撹拌混合した。
【００８８】
次いで、この試料を電気炉にて１０Ｋ／ｍｉｎで９７３Ｋまで昇温し、３０分間保持した。その後、電気炉から試料を取り出し、室温、大気中のφ１５ｍｍの容器中に流し込んだ。
【００８９】
次いで、この試料を４９３Ｋに設定した電気炉内に入れ、炉冷することによってガラスの徐歪を行った。
【００９０】
次いで、得られたガラスを乳鉢で粉砕し、粉末状にした。次いで、白金担持カーボンと上記粉末状のガラスとを、白金とガラスの重量比が１：６となるように秤量した。
【００９１】
次いで、この所定量のガラスに１０倍の重量の水を加えて良く混合し、さらに、所定量の白金担持カーボンを加えて超音波により分散させることにより、スラリー状の電極材料を得た。
【００９２】
次いで、この電極材料を、上記作製したディスク状の電解質の両面に、スクリーン印刷により塗布し、室温で乾燥させて電極とした。これにより実施例に係る燃料電池用電極を備えた燃料電池を作製した。なお、電極の厚さは、２０μｍとした。また、電極面積は、０．２０ｃｍ２とした。
【００９３】
（比較例）
上記実施例における電極作製において、粉末状のガラスに代えて、５％のナフィオン溶液を用い、白金とナフィオンの重量比が２：７となるように秤量してペースト状の電極材料を作製した以外は、実施例と同様にして、比較例に係る燃料電池用電極を備えた燃料電池を作製した。
【００９４】
なお、上記にて使用したＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＰｂＯ、Ｈ３ＰＯ４、ＷＯ３は、全て関東化学（株）製である。また、白金担持カーボンおよびナフィオン溶液は、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ，Ｉｎｃ．製である。
【００９５】
２．燃料電池に用いる電解質の耐水試験
上記作製した燃料電池に用いる電解質、すなわち、ＷＯ３を複合した複合ガラスを、３０℃、５０℃の純水中に１週間保持したが、ガラスは水にほとんど溶けなかった。この結果から、複合ガラスは、水分に対する耐久性に優れていることが分かる。したがって、電極と比較して多くのガラスを必要とする電解質として好適なことが確認できた。
【００９６】
３．発電試験
上記作製した実施例に係る燃料電池、比較例に係る燃料電池を用いて発電試験を行った。この際、実施例に係る燃料電池の発電温度は３００℃とし、一方、比較例に係る燃料電池の発電温度は１００℃とした。
【００９７】
また、両燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスには、加湿水素（３２３Ｋ、３％加湿）、加湿酸素（３２３Ｋ３％加湿）を用い、これらの流量は２００ｍｌ／ｍｉｎとした。
【００９８】
さらに、実施例に係る燃料電池については、供給する燃料ガス、酸化剤ガスとして、無加湿水素、無加湿酸素を用いた発電試験も行った。
【００９９】
図１に、加湿条件下における実施例に係る燃料電池と比較例に係る燃料電池の発電特性を示す。
【０１００】
図１によれば、実施例に係る燃料電池は、３００℃、加湿条件下において、優れた発電特性を示すことが分かる。
【０１０１】
このように、実施例に係る燃料電池において、従来より大幅に作動温度を高温化できたのは、本実施例に係る燃料電池用電極が、耐熱性に優れ、低加湿条件下でもプロトン導電性を発現できたからである。
【０１０２】
また、作動温度が高温化されたことと、加湿条件下であることとが相まって、電極中のプロトン導電性ガラス、電解質の複合ガラスがより高いプロトン導電性を発現でき、優れた発電性能を示したものと推測される。
【０１０３】
これに対し、比較例に係る燃料電池は、実施例に係る燃料電池の発電温度よりも低い１００℃、加湿条件下において、実施例に係る燃料電池に比較して発電特性に劣ることが分かる。
【０１０４】
これは、比較例に係る燃料電池は、電極中に固体高分子電解質を用いているので、電極材料上の制約から、１００℃という比較的低温でしか発電できず、また、これ以上作動温度を高温化することができないので、その発電性能も、実施例に係る燃料電池に比較して大幅に劣ったものと推測される。
【０１０５】
また、実施例に係る燃料電池は、比較例に係る燃料電池よりも少ない電極触媒量（実施例は白金を１６ｗｔ％含有、比較例は白金を２８ｗｔ％含有）であっても、優れた発電性能を示した。
【０１０６】
これは、実施例に係る燃料電池の電極は、親水性の高いプロトン導電性ガラスと触媒とを含んでいるので、触媒の利用率が向上し、また、作動温度の高温化により、少ない触媒量でも触媒活性が高まったためであると推測される。
【０１０７】
次に、図２に、無加湿条件下における実施例に係る燃料電池の発電特性を示す。
【０１０８】
図２によれば、実施例に係る燃料電池は、３００℃、無加湿条件下において、良好な発電特性を示すことが分かる。
【０１０９】
これは、本実施例に係る燃料電池用電極が、無加湿条件下でもプロトン導電性を発現できたためである。
【０１１０】
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】加湿条件下における実施例に係る燃料電池と比較例に係る燃料電池の発電特性を示した図である。
【図２】無加湿条件下における実施例に係る燃料電池の発電特性を示した図である。
【図１】
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【図２】
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